Vermogensregistratie in één IC

Vier energiestromen meten en berekenen

Weten wat een applicatie aan energie gebruikt is vooral bij batterijgevoede apparaten van essentieel belang. Op die manier kan immers een goede indicatie gegeven worden van de energie-inhoud van de batterij. Nu is het bepalen van het energiegebruik niet echt ingewikkeld. Met een microcontroller die minimaal twee analoge spanningen kan volgen en een stukje software, is een vermogensmeter vrij snel gerealiseerd. Het kan echter nog gemakkelijker. De PAC1934 van Microchip is een complete energiemeter voor vier energiestromen die u al het werk uit handen neemt.

Een energiemeter in een applicatie inbouwen mag dan niet echt ingewikkeld zijn, het vraagt in ieder geval processortijd. Het verloop van spanning en stroom moet immers toch met grote regelmaat gesampled worden om zo kortstondige variaties ook op een goede manier in beeld te krijgen. Daarnaast is er voor het kunnen bijhouden van een verloop over een langere tijd een groot stuk geheugen nodig. Bedenk vervolgens dat veel microcontroller-applicaties nog altijd gebruik maken van een 8-bits processor. Als vervolgens ook de ADC’s met deze resolutie werken en het rekenproces ook niet verder gaat dan 8 bits, dan is de nauwkeurigheid aan de matige kant. Een IC dat geheel zelfstandig alle metingen verricht, data bewerkt en opslaat en klaar zet voor verdere verwerking en dat alles met een resolutie van 16 bits – en dat alles zonder de processor van de applicatie te belasten – levert dan grote voordelen op. Veelal levert dit meer op dan het extra stukje printoppervlak dat nodig is.

Vier in één
De PAC1934 is de nieuwste energiemeter van Microchip. In dit IC dat ondergebracht is in een WLCSP-behuizing van iets meer dan 2,2 x 2,2 mm met 16 bal-grid-aansluitingen, is alle elektronica verwerkt voor een meetsysteem dat van 4 bronnen het energiegebruik kan volgen. Van wat er allemaal in het IC zit, geeft afbeelding 1 een goed beeld. Te zien is dat er per kanaal in feite drie ingangen zijn, namelijk een VBUS en een Sense+ en een Sense-. De eerste is bedoeld voor het meten van de spanning terwijl de andere twee bedoeld zijn voor het meten van de stroom met behulp van een meetweerstand die in serie met de belasting is opgenomen. Afhankelijk van de instellingen worden stroom en spanning per kanaal 8, 64, 256 of 1024 per seconde tegelijkertijd gesampled en met een resolutie van 16 bits omgezet in een digitale waarde. Met deze data worden vervolgens het vermogen en het energiegebruik berekend en elk apart opgeslagen in een uitgebreid register. Dit register is zo groot dat er plek is voor het vastleggen van 17 minuten data bij een sample-snelheid van 1024 S/s of 36 uur bij een snelheid van 8 S/s. Het energiegebruik is hiermee dus prima te volgen zonder dat dit processortijd vraagt van de controller die de applicatie beheert.
Uit afbeelding 2 valt op te maken dat er voor het IC een zeer beperkte hoeveelheid externe componenten nodig zijn. Alleen zijn in het schema niet de condensatoren te vinden die voor ontkoppeldoeleinden ingezet moeten worden